Yüksek plastisiteli bir kilde kum miktarının kayma mukavemetine etkileri

(1)

YÜKSEK PLASTĐSĐTELĐ BĐR KĐLDE KUM

MĐKTARININ KAYMA MUKAVEMETĐNE ETKĐLERĐ

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ

Đnş.Müh. CEMĐL GÜVEN

Enstitü Anabilim Dalı : ĐNŞAAT MÜHENDĐSLĐĞĐ Enstitü Bilim Dalı : GEOTEKNĐK

Tez Danışmanı : Prof. Dr. Zeki GÜNDÜZ

Ağustos 2007

(2)

YÜKSEK PLASTĐSĐTELĐ BĐR KĐLDE KUM

MĐKTARININ KAYMA MUKAVEMETĐNE

ETKĐLERĐ

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ

Đnş.Müh. Cemil GÜVEN

Enstitü Anabilim Dalı : ĐNŞAAT MÜHENDĐSLĐĞĐ Enstitü Bilim Dalı : GEOTEKNĐK

Bu tez 14 / 08 /2007 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından Oybirliği ile kabul edilmiştir.

Prof. Dr. Zeki GÜNDÜZ Prof. Dr. Hasan ARMAN Doç. Dr. Seyhan FIRAT

Jüri Başkanı Üye Üye

(3)

ii

ÖNSÖZ

Altı yıllık üniversite hayatımda her türlü bilgisini benimle paylaşan, çalışmamda kıymetli görüş ve fikirleriyle yardımını esirgemeyen ve bana yol gösteren değerli hocalarım Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Đnşaat Mühendisliği Bölümü, Geoteknik Anabilim Dalı Bölüm Başkanı, Danışmanım, Sayın Doç. Dr. Zeki GÜNDÜZ’e, Mühendislik Fakültesi, Đnşaat Mühendisliği Bölümü, Bölüm Başkan Yardımcısı, Jeofizik Bölüm Başkanı Sayın Prof. Dr. Hasan ARMAN’a, en içten dileklerimle sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Çalışmam da desteğini esirgemeyen Teknik Eğitim Fakültesi, Yapı Eğitimi Bölümü, Geoteknik Eğitimi Anabilim Dalı Başkanı Sayın Doç. Dr. Seyhan FIRAT’a en içten dileklerimle sonsuz teşekkürlerimi sunarım.

Ayrıca, çalışmamda kaynak olarak kullandığım kaynaklar kısmında adı ve eseri bizzat zikredilen, yaptıkları araştırmalarıyla bana ışık tutan hocalarıma, Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Đnşaat Mühendisliği Bölümü Araştırma Görevlisi Mücteba UYSAL, Araştırma Görevlisi Uğur DAĞDEVĐREN, Teknik Öğretmen Đbrahim ÇAKILCIOĞLU, Tekniker Đsmail CANAYAKIN, Đnşaat Mühendisi Yeşim YEKTE’ye sevgili aileme ve de arkadaşlarıma ayrı ayrı teşekkürlerimi sunmayı bir borç bilirim.

Yüksek lisans tezimde yüksek plastisiteli bir kilde kum miktarının kayma mukavemetine etkileri hakkında bilgi sunarak, bir nebze dahi katkıda bulunduysam benim için en büyük gurur vesilesi olacaktır.

(4)

iii

ĐÇĐNDEKĐLER

ÖNSÖZ…... ii

ĐÇĐNDEKĐLER ... iii

SĐMGELER VE KISALTMALAR LĐSTESĐ... v

ŞEKĐLLER LĐSTESĐ ... viii

TABLOLAR LĐSTESĐ... xviii

ÖZET………... xxvii

SUMMARY…………... xxviii

BÖLÜM 1. GĐRĐŞ... 1

1.1. Yapılan Çalışmalar... 3

1.2. Çalışmanın Amacı... 3

BÖLÜM 2. KĐL………... 5

2.1. Kilin Tanımı ve Yapısı…... 5

2.2. Kil Mineralinin Özellikleri………... 11

2.3. Killerin Oluşumu…………... 15

BÖLÜM 3. KAYMA MUKAVEMETĐ………... 17

3.1. Giriş... 17

3.1.1. Zeminlerin kayma m.ukavemeti………... 18

3.1.2. Kırılma hipotezi……….………... 21

3.1.2.1. Mohr-coulomb göçme hipotezi…...…... 21

3.1.2.2. Göçme durumu ve mohr gerilme daireleri…... 22

(5)

iv

3.2. Killerin Kayma Mukavemeti... 29

3.2.1. Normal yüklenmiş killerin kayma mukavemeti…...…... 31

3.2.2. Aşırı konsolide killerin kayma mukavemeti…...……….... 34

3.2.3. Yoğrulmuş killerin kayma mukavemeti…...………... 39

3.3. Kumların Kayma Mukavemeti... 40

3.3.1. Drenajlı kesme sırasında doygun kumların davranışı……. 46

3.3.2. Drenajsız kesme sırasında doygun kumların davranışı…... 48

BÖLÜM 4. LABORATUVAR DENEYLERĐ...……….. 51

4.1. Giriş... 51

4.2. Zemin Deneylerinin Amacı... 52

4.3. Zemin Sınıflandırma Deneyleri... 53

4.3.1. Likit limit deneyi (casagrande yöntemi)……...………….. 53

4.3.2. Plastik limit deneyi…..………... 57

4.3.3. Hidrometre deneyi….………... 58

4.3.3.1. Hesaplamalar için yapılması gereken düzeltme... 61

4.3.4. Elek analizi.………….………... 63

4.3.5. Özgül ağırlık deneyi ..………... 65

4.3.6. Kompaksiyon deneyi.…..………... 67

4.3.6.1. Kompaksiyon yöntemleri ve zemin dokusu…...…. 72

4.3.7. Üç eksenli basınç deneyi…...……….. 74

4.3.8. Kesme kutusu deneyi …..………... 77

BÖLÜM 5. DENEYSEL ÇALIŞMALAR... 83

5.1. Giriş………... 83

5.2. Deney Numunesinin Hazırlanması... 83

5.3. Numuneler Üzerinde Yapılan Çalışmalar………... 83

(6)

v

KAYNAKLAR... 237 ÖZGEÇMĐŞ... 239

(7)

vi

SĐMGELER VE KISALTMALAR LĐSTESĐ

A : Numune kesit alanı

A0 : Numunenin başlangıç kesit alanı Ac : Numunenin düzeltilmiş kesit alanı B : Boşluk suyu basıncı katsayısı

c : Kohezyon

c’ : Efektif gerilme cinsinden kohezyon c_u : Drenajsız kohezyon

C : Kil

CU : Konsolidasyonlu-drenajsız CD : Konsolidasyonlu-drenajlı CH : Yüksek plastisiteli kil CL : Düşük plastisiteli kil CVR : Kritik boşluk oranı

D : Dane çapı

δ : Deplasman

δ_h : Yatay deplasman δ_v : Düşey deplasman

∆l : Boy değişimi

∆V : Hacim değişimi

e : Boşluk oranı

e_o : Başlangış boşluk oranı e_cr : Kritik boşluk oranı E : Elastisite modülü s : Birim şekil değiştirme Gs : Dane özgül ağırlık Ip : Plastisite indisi

KH : Kuvvet halkası okuması

(8)

vii

L : Numune boyu

NL : Normal yüklenmiş kil OC : Aşırı konsolide kil

OCR : Aşırı konsolidasyon oranı

P : Dış kuvvet, hidrometrede geçen % qu : Serbest basınç dayanımı

R : Düzeltilmiş hidrometre okuması, τ : Zemin kayma direnci

σ : Gerilme

σ’ : Efektif gerilme

σ’_c : Ön konsolidasyon basıncı σ_N : Normal gerilme

T : Kesme kuvveti

u : Boşluk suyu basıncı

UU : Konsolidasyonsuz-drenajsız

V : Numune hacmi

V_O : Başlangıçtaki hacim

Vs : Dane hacmi

w : Su muhtevası

w_n : Doğal su muhtevası wopt : Optimum su muhtevası

W : Ağırlık

WS : Numunenin kuru ağırlığı wL : Likit limit

wp : Plastik limit µ : Sürtünme katsayısı ø : Đçsel sürtünme açısı ør : Kalcı içsel sürtünme açısı

(9)

viii

ŞEKĐLLER LĐSTESĐ

Şekil 2.1. (a) Silis Tetrahedron (b) Tetrahedral Tabaka……... 7

Şekil 2.2. (a) Alüminyum Oktahedran (b) Oktahedran Tabaka... 7

Şekil 2.3. Kaolinit Mineral Grubunun Mineralojik Yapısı... 8

Şekil 2.4. Đllit Mineral Grubunun Mineralojik Yapısı………... 8

Şekil 2.5. Montmorillonit Mineral Grubunun Mineralojik Yapısı... 9

Şekil 2.6. Kil Su Đlişkisinin Kimyasal Şeması………... 10

Şekil 2.7. Kilin Yapısı (a) Flok Yapı (b) Dispers Yapı…... 11

Şekil 3.1. Zeminde σ -ε Eğrisi………... 20

Şekil 3.2. Mohr-Coulomb Göçme Hipotezi... 22

Şekil 3.3. Mohr Gerilme Daireleri ve Göçme Zarfı …...………... 23

Şekil 3.4. Göçme Durumunu Gösteren Gerilme Daireleri... 23

Şekil 3.5. Göçme Durumunda Asal Gerilmeler Arasındaki Đlişki ……… 24

Şekil 3.6. Kayma Mukavemeti Zarfının Özel Durumları …... 24

Şekil 3.7. Birbiri Üzerinde Kaymaya Zorlanan Đki Blok Arasındaki Suyun Etkisi... 25

Şekil 3.8. Sabit Hacim Altında Kaymaya Zorlanan Bir Kil Numunesi…... 26

Şekil 3.9. Kayma Direnci Problemleri …...………... 27

Şekil 3.10. Drenajlı Deneyde Kırılma Zarfları... 31

Şekil 3.11. Arazide Konsolidasyonsuz - Drenajsız (UU) Kesme Problemlerine Örnekler………... 33

Şekil 3.12. UU Deneyinde Kırılma Zarfları ………..…... 33

Şekil 3.13. Kilde Çökelme Ve Aşınma ile Aşırı Konsolidasyon ………… 35

Şekil 3.14. Aşırı Konsolide Kilde σ -ε - uw Eğrileri …...…... 36

Şekil 3.15. Aşırı Konsolide Bir Kilde CD Deneyler Sonucu Elde Edilen Kırılma Zarfı ……… 37

Şekil 3.16. Aşırı konsolide Kilde CU Koşulda Kırılma Zarfları …... 38

(10)

ix

Şekil 3.19. Gevşek ve Sıkı Kumda Kayma Dayanımı………... 43

Şekil 3.20. Kumda Gerçek ve Görünür Kayma Direnci Açısı ……… 44

Şekil 3.21. .Daneli Zeminde Enerji Modeli ………... 45

Şekil 3.22. Tipik Bir Kumun Gevşek Ve Sıkı Örnekleri Üzerinde Üç Eksenli Basınç Deneyleri... 47

Şekil 3.23. Drenajlı Ve Drenajsız Üç Eksenli Basınç Deneyleri Đçin Mohr Daireleri ……… 49

Şekil 4.1. Kohezyonlu Zeminlerin Su Đçeriklerine Göre Bulundukları Kıvamlar……….. 54 Şekil 4.2. Zeminlerin Hacim-Su Đçeriği Đlişkisi………... 54

Şekil 4.3. Kontrol Plakasının Yerleştirilmesi ve Düşme Yüksekliğinin Ayarlanması …... 55 Şekil 4.4. Zemin Örneğinde Kopmalar Olduğu Anda Örnek Çapının 3mm Çapındaki Kıyaslama Çubuğu Đle Ölçülmesi……… 57

Şekil 4.5. Hidrometre Deneyinde Kullanılan Bazı Araç ve Gereç…... 59

Şekil 4.6. Elek Analizinde Kullanılan Bazı Araç ve Gereç …... 64

Şekil 4.7. Özgül Ağırlık Deneyinde Kullanılan Bazı Araç ve Gereç... 66

Şekil 4.8. Maksi. Kuru Yoğunluğun Su Đçeriğine Bağlı Olarak Değişimi.. 68

Şekil 4.9. Kompaksiyon Deneyinde Darbelerin Uygulanış Şekli…... 70

Şekil 4.10. Proctor Aleti... 71

Şekil 4.11. Killerde Kompaksiyon Sırasında Su Đçeriğinin Zemin Dokusuna Etkisi …... 73 Şekil 4.12. Üç Eksenli Deney Hücresi... 76

Şekil 4.13. Bishop Kesme Kutusu ………... 81

Şekil 5.1. Belirlenen Arazinin 3m Kazılması……….. 83

Şekil 5.2. Likit Limit Deneyinin Casagrande Cihazında Yapılması……... 83

Şekil 5.3. Plastik Limit Deneyi……… 83

Şekil 5.4. Vuruş Sayısı 25’eKarşılık Gelen Likit Limit Değeri………….. 84

Şekil 5.5. TS 1500/2000 Plastiste Kartında Deney Numunesinin Yeri…... 86 Şekil 5.6. CH Numunesinin Yıkamalı Yöntemle 200 Nolu Elekten

Elenmesi………..

87

(11)

x

Şekil 5.9. CH Numunesinin Elekten Elenmesi……… 88

Şekil 5.10. Numunenin Peridrol Đle Yakılması………. 88

Şekil 5.11. Hidrometre Đçin Kullanılacak Numunenin NaPO3 Đle Dağıtılması……….. 89 Şekil 5.12. Mikser Kullanılarak Hidrometrede Kullanılacak Numunenin Dağılması……… 89 Şekil 5.13. 25^oC’de Su Havuzu Đçerisine Ölçme Silindirinin Konulması…. 89

Şekil 5.14. .Hidrometre Deneyinden Sonra Numunenin Yıkamalı Elek Đçin Kullanılması……… 90 Şekil 5.15. Elek Analizi………. 90

Şekil 5.16. Özgül Ağırlık Deneyi……….. 90

Şekil 5.17. Đnce Kum ve Kil Numuneleri……….. 91

Şekil 5.18. Kaba Kum ve Orta Kum Numuneleri………. 91

Şekil 5.19. Yüksek Plastisiteli Kilin Dane Dağılım Eğrisi……… 95

Şekil 5.20. Kompaksiyon Kalıbı ve 2,5 Kilogramlık Tokmak……….. 96

Şekil 5.21. Kompaksiyonla Sıkıştırılmış Numune……… 96

Şekil 5.22. Sıkıştırılmış Numunenin Kompaksiyon Kalıbı Đle Tartılması… 96

Şekil 5.23. CH Numunesi Đçin Kompaksiyon Eğrisi………. 97

Şekil 5.24. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesi Đçin Kompaksiyon Eğrisi 98

Şekil 5.25. %25 Orta Kum Đçeren CH Numunesi Đçin Kompaksiyon Eğrisi 99

Şekil 5.26. %50 Orta Kum Đçeren CH Numunesi Đçin Kompaksiyon Eğrisi 100 Şekil 5.27. %75 Orta Kum Đçeren CH Numunesi Đçin Kompaksiyon Eğrisi 101 Şekil 5.28. Havadan Aldığı Nemi Kaybetsin Diye Numunenin Etüve Atılması………... 103 Şekil 5.29. Kum ve Kilin Mikser Kabına Konulması………... 103

Şekil 5.30. Kum ve Kilin Mikserde Karışımı……… 103

Şekil 5.31. Belirlenen Su Muhtevasında Karışımın Hazırlanması………… 104

Şekil 5.32. Karışım Hazırlandıktan Sonra………. 104

Şekil 5.33. Hazırlanan Karışımların Oda Sıcaklığında Bekletilmesi……… 104

Şekil 5.34. Kesme Kutusu Halkası ve Üç Eksenli Deney Tüpleri………… 105 Şekil 5.35. Beton Pres Makinesinde Tüplerin Numune Đçerisine Đtilmesi… 106

(12)

xi

Şekil 5.37. Numunenin Kriko Yardımıyla Kompaksiyon Kalıbından Çıkarılması………..

106 Şekil 5.38. Üç Eksenli Basınç Deneyi Cihazı………... 107 Şekil 5.39. Kesme Kutusu Cihazı……….. 107 Şekil 5.40. CH Numunesinin Gerilme-Şekil Değiştirme Đlişkisi………….. 111 Şekil 5.41. CH Numunesi Đçin UU Deneyi Sonucunda Yenilme Zarfı ve

Mohr Daireleri……….

111 Şekil 5.42. % 10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin Gerilme-Şekil

Değiştirme Đlişkisi………...

115 Şekil 5.43. % 10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyi

Sonucunda Yenilme Zarfı ve Mohr Daireleri……….

115 Şekil 5.44. % 10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin Gerilme-Şekil

119 Şekil 5.45. % 10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyi

119 Şekil 5.46. % 10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin Gerilme-Şekil

123 Şekil 5.47. % 10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyi

135

(13)

xii

Şekil 5.55. % 50 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyi Sonucunda Yenilme Zarfı ve Mohr Daireleri……….

159 Şekil 5.66. CH Numunesi Kesme Kutusu Deneyinde Yatay Deplasman-

Düşey Deplasman Đlişkisi………

162 Şekil 5.67. CH Numunesi Kesme Kutusu Deneyinde Kayma Gerilmesi-

Yatay Deplasman Đlişkisi………

162 Şekil 5.68. CH Numunesi Đçin Kesme Kutusu Deneyi………. 163 Şekil 5.69. % 10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesi Kesme Kutusu

Deneyinde Yatay Deplasman-Düşey Deplasman Đlişkisi………

165 Şekil 5.70. % 10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesi Kesme Kutusu

Deneyinde Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Đlişkisi………

166

(14)

xiii

Şekil 5.72. % 10 Orta Kum Đçeren CH Numunesi Kesme Kutusu

169 Şekil 5.73. % 10 Orta Kum Đçeren CH Numunesi Kesme Kutusu

169 Şekil 5.74. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesi Đçin Kesme Kutusu

Deneyi……….

170 Şekil 5.75. % 10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesi Kesme Kutusu

173 Şekil 5.77. % 10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesi Đçin Kesme Kutusu

Deneyi……….

176 Şekil 5.80. % 25 Đnce Kum Đçeren CH Numunesi Đçin Kesme Kutusu

Deneyi……….

180 Şekil 5.83. % 25 Orta Kum Đçeren CH Numunesi Đçin Kesme Kutusu

Deneyi……….

184

(15)

xiv

Şekil 5.88. % 50 Đnce Kum Đçeren CH Numunesi Kesme Kutusu Deneyinde Kayma Gerilmesi-Yatay Deplasman Đlişkisi………

Deneyi……….

206

(16)

xv

Şekil 5.104. % 75 Kaba Kum Đçeren CH Numunesi Đçin Kesme Kutusu Deneyi……….

207 Şekil 5.105. Đnce Kum Numunesinin Kesme Kutusu Deneyinde Yatay

Deplasman-Düşey Deplasman Đlişkisi………

209 Şekil 5.106. Đnce Kum Numunesinin Kesme Kutusu Deneyinde Kayma

Gerilmesi-Yatay Deplasman Đlişkisi………...

210 Şekil 5.107. Đnce Kum Numunesinin Đçin Kesme Kutusu Deneyi………….. 210 Şekil 5.108. Orta Kum Numunesinin Kesme Kutusu Deneyinde Yatay

213 Şekil 5.109. Orta Kum Numunesinin Kesme Kutusu Deneyinde Kayma

213 Şekil 5.110. Orta Kum Numunesinin Đçin Kesme Kutusu Deneyi………… 214 Şekil 5.111. Kaba Kum Numunesinin Kesme Kutusu Deneyinde Yatay

216 Şekil 5.112. Kaba Kum Numunesinin Kesme Kutusu Deneyinde Kayma

217 Şekil 5.113. Kaba Kum Numunesinin Đçin Kesme Kutusu Deneyi………… 217 Şekil 5.114. CH Numunesinin 100kPa, 200kPa, 300 kPa Hücre Basıncı ve

Normal Gerilme Đle Kesildikten Sonraki Numunelerin

Görünümü………...

219 Şekil 5.115. %10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100kPa, 200kPa, 300

kPa Hücre Basıncı ve Normal Gerilme Đle Kesildikten Sonraki Numunelerin Görünümü……….

220 Şekil 5.116. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 100kPa, 200kPa, 300

220 Şekil 5.117. %10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 100kPa, 200kPa, 300

221

(17)

xvi

Numunelerin Görünümü………. 221

Şekil 5.119. %25 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 100kPa, 200kPa, 300 kPa Hücre Basıncı ve Normal Gerilme Đle Kesildikten Sonraki Numunelerin Görünümü……….

222 Şekil 5.120. % 25 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 100kPa, 200kPa,

300 kPa Hücre Basıncı ve Normal Gerilme Đle Kesildikten Sonraki Numunelerin

Görünümü………..

222

Şekil 5.121. % 50 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100kPa, 200kPa, 300 kPa Hücre Basıncı ve Normal Gerilme Đle Kesildikten Sonraki Numunelerin Görünümü……….

223 Şekil 5.122. % 50 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 100kPa, 200kPa, 300

300 kPa Hücre Basıncı ve Normal Gerilme Đle Kesildikten Sonraki Numunelerin Görünümü………

224 Şekil 5.124. % 75 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100kPa, 200kPa, 300

224 Şekil 5.125. % 75 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 100kPa, 200kPa, 300

300 kPa Hücre Basıncı ve Normal Gerilme Đle Kesildikten Sonraki Numunelerin Görünümü………

225 Şekil 5.127. CH Numunesinde Đnce Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan

Konsolidasyonsuz –Drenajsız Üç Eksenli Kesme Deneyi (UU Deneyi) Sonuçlarında Kohezyonun Değişimi………. 226

(18)

xvii

Deneyi) Sonuçlarında Kohezyonun Değişimi……… 226 Şekil 5.129. CH Numunesinde Kaba Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan

Konsolidasyonsuz –Drenajsız Üç Eksenli Kesme Deneyi (UU Deneyi) Sonuçlarında Kohezyonun Değişimi………

227 Şekil 5.130. CH Numunesinde Đnce Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan

Kesme Kutusu Deneyi Sonuçlarında Kohezyonun Değişimi…. 227 Şekil 5.131. CH Numunesinde Orta Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan

Kesme Kutusu Deneyi Sonuçlarında Kohezyonun Değişimi…. 228 Şekil 5.132. CH Numunesinde Kaba Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan

Kesme Kutusu Deneyi Sonuçlarında Kohezyonun Değişimi…. 228 Şekil 5.133. CH Numunesinde Đnce Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan

Kesme Kutusu Deneyi Sonuçlarında Đçsel Sürtünme Açısı

Değişimi……….. 229

Şekil 5.134. CH Numunesinde Orta Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan Kesme Kutusu Deneyi Sonuçlarında Đçsel Sürtünme Açısı

Şekil 5.135. CH Numunesinde Kaba Miktarının Artmasıyla Yapılan Kesme Kutusu Deneyi Sonuçlarında Đçsel Sürtünme Açısı

Şekil 6.1. CH Numunesinde Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan Konsolidasyonsuz –Drenajsız Üç Eksenli Kesme Deneyi (UU Deneyi) Sonuçlarında Kohezyon Değerlerinin Karşılaştırılması 232 Şekil 6.2. CH Numunesinde Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan Kesme

Kutusu Deneyi Sonuçlarında Kohezyon Değerlerinin

Karşılaştırılması……….. 233

Şekil 6.3. CH Numunesinde Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan Kesme Kutusu Deneyi Sonuçlarında Đçsel Sürtünme Açısı Değerlerinin Karşılaştırılması………. 234

(19)

xviii

TABLOLAR LĐSTESĐ

Tablo 2.1. Kil Minerallerinin Özellikleri... 12

Tablo 3.1. Şekil 3.23. da Gösterilen Kavramların Bir Özeti... 51

Tablo 4.1. “K ”Değerleri... 62

Tablo 4.2. “L ”Değerleri... 62

Tablo 4.3. Zemin Sınıfına Göre Ortalama Kuru Birim Hacim Ağırlık ve Optimum Su Muhtevaları………... 69

Tablo 4.4. Zemin Sınıfına Göre Kuru Birim Hacim Ağırlık ve Optimum Su Muhtevaları... 70

Tablo 5.1. Likit Limit Deney Sonuçları………... 84

Tablo 5.2. Plastik Limit Deney Sonuçları……… 85

Tablo 5.3. Likit Limit ve Plastik Limit Sonuçları……… 85

Tablo 5.4. Özgül Ağırlık Deneyi Sonuçları……….. 92

Tablo 5.5. Elek Analizi Sonuçları……… 93

Tablo 5.6. Organik Madde Miktarı Sonuçları……….. 93

Tablo 5.7. Hidrometre Deneyi Sonuçları……….. 94

Tablo 5.8. CH Numesinin Çakıl, Kum, Silt ve Kil Yüzdeleri……….. 95

Tablo 5.9. CH Numunesinin Standart Kompaksiyon Sonuçları………… 97

Tablo 5.10. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin Standart Kompaksiyon Sonuçları……….. 98 Tablo 5.11. %25 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin Standart Kompaksiyon Sonuçları……….. 99 Tablo 5.12. %50 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin Standart Kompaksiyon Sonuçları……….. 100 Tablo 5.13. %75 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin Standart Kompaksiyon Sonuçları……… 101

(20)

xix

Tablo 5.15. CH Numunesinin UU Deneyinde Fiziksel Özellikleri………… 108 Tablo 5.16. CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın UU Deneyi Đle

Bulunması……… 108

Tablo 5.17. CH Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın UU Deneyi Đle

Tablo 5.18. CH Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın UU Deneyi Đle

Tablo 5.19 %10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyinde Fiziksel Özellikleri……….. 112 Tablo 5.20 %10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

UU Deneyi Đle Bulunması………..……… 112 Tablo 5.21 %10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın

UU Deneyi Đle Bulunması………...……… 113 Tablo 5.22. %10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın

UU Deneyi Đle Bulunması………...……… 114 Tablo 5.23. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyinde

Fiziksel Özellikleri……….. 116 Tablo 5.24. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

UU Deneyi Đle Bulunması………...…... 116 Tablo 5.25. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın

UU Deneyi Đle Bulunması………...……… 117 Tablo 5.26. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın

UU Deneyi Đle Bulunması………..………... 118 Tablo 5.27. %10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyinde

Fiziksel Özellikleri……….. 120 Tablo 5.28. %10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve

Ø’nın UU Deneyi Đle Bulunması……… 120 Tablo 5.29. %10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve

Ø’nın UU Deneyi Đle Bulunması………... 121 Tablo 5.30. %10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 300 kPa da c ve

Ø’nın UU Deneyi Đle Bulunması………. 122

(21)

xx

Tablo 5.32. %25 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

UU Deneyi Đle Bulunması……… 124

Tablo 5.33. %25 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın UU Deneyi Đle Bulunması………... 125 Tablo 5.34. %25 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın

UU Deneyi Đle Bulunması………. 126

Tablo 5.35. %25 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyinde Fiziksel Özellikleri……….. 128 Tablo 5.36. %25 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

Tablo 5.37. %25 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın UU Deneyi Đle Bulunması………... 129 Tablo 5.38. %25 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın

Tablo 5.39. %25 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyinde Fiziksel Özellikleri……….. 132 Tablo 5.40. %25 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve

Ø’nın UU Deneyi Đle Bulunması………. 134 Tablo 5.43. %50 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyinde

Fiziksel Özellikleri……….. 136 Tablo 5.44. %50 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

(22)

xxi

Tablo 5.48. %50 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

Tablo 5.51. %50 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyinde Fiziksel Özellikleri……….. 144 Tablo 5.52. %50 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve

Ø’nın UU Deneyi Đle Bulunması………. 146 Tablo 5.55. %75 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyinde

Fiziksel Özellikleri……….. 148 Tablo 5.56. %75 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

Tablo 5.59. %75 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin UU Deneyinde Fiziksel Özellikleri……….. 152 Tablo 5.60. %75 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

(23)

xxii

Tablo 5.64. %75 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın UU Deneyi Đle Bulunması……… 156 Tablo 5.65. %75 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve

Ø’nın UU Deneyi Đle Bulunması………. 158 Tablo 5.67. CH Numunesinin Kesme Kutusu Deneyinde Fiziksel

Özellikleri ve Sıkışma Miktarı……… 160 Tablo 5.68. CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

Deneyi Đle Bulunması.………. 160

Tablo 5.69. CH Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

Deneyi Đle Bulunması……….. 161

Tablo 5.70. CH Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

Deneyi Đle Bulunması……….. 161

Tablo 5.71. %10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin Kesme Kutusu Deneyinde Fiziksel Özellikleri ………... 163 Tablo 5.72. %10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.………..….. 164 Tablo 5.73. %10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın

Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……….... 164 Tablo 5.74. %10 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın

Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……… 165 Tablo 5.75. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin Kesme Kutusu

Deneyinde Fiziksel Özellikleri ………... 167 Tablo 5.76. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.………..….. 167 Tablo 5.77. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın

Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……….... 168 Tablo 5.78. %10 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın

Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……… 168

(24)

xxiii

Tablo 5.80. %10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması………..…. 171 Tablo 5.81. %10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve

Ø’nın Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……….. 171 Tablo 5.82. %10 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 300 kPa da c ve

Ø’nın Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……….. 172 Tablo 5.83. %25 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin Kesme Kutusu

Deneyinde Fiziksel Özellikleri ………... 174 Tablo 5.84. %25 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……… 179 Tablo 5.91. %25 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin Kesme Kutusu

Deneyinde Fiziksel Özellikleri ………... 181 Tablo 5.92. %25 Kaba Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve

Ø’nın Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……….. 182

(25)

xxiv

Tablo 5.96. %50 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.………..….. 185 Tablo 5.97. %50 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın

Ø’nın Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……….. 194 Tablo 5.107. %75 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin Kesme Kutusu

Deneyinde Fiziksel Özellikleri ………... 196 Tablo 5.108. %75 Đnce Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın

Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……… 198

(26)

xxv

Tablo 5.112. %75 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.………..….. 201 Tablo 5.113. %75 Orta Kum Đçeren CH Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın

Ø’nın Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.……….. 205 Tablo 5.119. Đnce Kum Numunesinin Kesme Kutusu Deneyinde Fiziksel

Özellikleri ………... 207 Tablo 5.120. Đnce Kum Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

Deneyi Đle Bulunması.………..………... 208 Tablo 5.121. Đnce Kum Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

Deneyi Đle Bulunması.………... 208 Tablo 5.122. Đnce Kum Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

Tablo 5.123. Orta Kum Numunesinin Kesme Kutusu Deneyinde Fiziksel Özellikleri ………... 211 Tablo 5.124. Orta Kum Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

Deneyi Đle Bulunması.………..………... 211 Tablo 5.125. Orta Kum Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

Deneyi Đle Bulunması.………... 212 Tablo 5.126. Orta Kum Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

(27)

xxvi

Tablo 5.128. Kaba Kum Numunesinin 100 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu Deneyi Đle Bulunması.………..………... 215 Tablo 5.129. Kaba Kum Numunesinin 200 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

Deneyi Đle Bulunması.………... 215 Tablo 5.130. Kaba Kum Numunesinin 300 kPa da c ve Ø’nın Kesme Kutusu

Tablo 5.131. Konsolidasyonsuz Drenajsız Üç Eksenli Basınç Deneyi (UU Deneyi) ve Kesme Kutusu Deneyleri Sonuçları………. 218 Tablo 6.1. CH Numunesinde Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan

Konsolidasyonsuz –Drenajsız Üç Eksenli Kesme Deneyi (UU Deneyi) Sonuçlarında Kohezyon Değerlerinin Karşılaştırılması 232 Tablo 6.2. CH Numunesinde Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan Kesme

Kutusu Deneyi Sonuçlarında Kohezyon Değerlerinin

Karşılaştırılması……….. 233

Tablo 6.3. CH Numunesinde Kum Miktarının Artmasıyla Yapılan Kesme Kutusu Deneyi Sonuçlarında Đçsel Sürtünme Açısı Değerlerinin Karşılaştırılması………. 234

(28)

xxvii

ÖZET

Anahtar Kelimeler: Kil, kayma direnci, kohezyon, içsel sürtünme açısı, kesme kutusu deneyi, üç eksenli basınç deneyi

Zeminlerin kayma direnci parametreleri, geoteknik mühendisliği ile ilgili projelendirme sırasında, oldukça önemli bir değere sahiptir. Zeminin kayma direnci, yenilmeye meydan vermeden karşı koyabileceği en büyük kayma gerilmesi olarak tanımlanır. Bir zeminde kayma direncinin belirlenebilmesi için kayma direnci parametreleri olan kayma direnci açısı ve kohezyon değerlerinin arazi ya da laboratuvar deneyleriyle saptanması gereklidir.

Bu çalışma, yüksek plastisiteli kilde kum miktarının artmasıyla kayma parametrelerinin değişimini gözlemlemek maksadıyla gerçekleştirilmiştir. Đnce kum, orta kum ve kaba kum olmak üzere üç çeşit kum kullanılmıştır.

Deney için yüksek plastisiteli kil, ince kum, orta kum ve kaba kum temin edilmiş, kil içerisine %10, %25, %50 ve %75 oranlarında kum katılarak hazırlanan mumunelerin, standart kompaksiyon deneyi ile optimum su muhtevaları bulunmuştur.

Bulunan optimum su muhtevalarında, standart kompaksiyon deneyi ile numuneler sıkıştırılmış, üç eksenli basınç deneyi ve kesme kutusu deneylerinde kullanılmak üzere deney numuneleri temin edilmiş ve deneyler gerçekletirilmiştir.

Bütün deneyler sonuçlandıktan sonra çıkan değerler incelendiğinde; yüksek plastisiteli kilde % 25 ince kum miktarına kadar, üç eksenli basınç deneyi ve kesme kutusu deneylerinde kohezyon değerinin hızla arttığı görülmüştür. Kum miktarının artmasına devam edildiğinde ise kohezyon değerinin artık hızlı bir şekilde düştüğü gözlemlenmiştir. Bu sonuç orta kum ve kaba kum katılarak hazırlanmış deney numunelerinde de yapılmış ve benzer sonuç bulunmuştur. Kayma parametrelerinden diğeri olan içsel sürtünme acısı ise; üç eksenli deney sonuçlarına bakarak herhangi bir kanıya varmak mümkün değildir. Ancak kesme kutusu deneyi sonuçlarına bakıldığında %25 ince kum içeren CH numunesine kadar içsel sürtünme açısı değeri düşmekte, kum miktarının artmaya devam edilmesiyle içsel sürtünme açısında artma belirmiştir.

(29)

xxviii

THE EFFECTS OF SAND QUANTITY IN HIGH PLASTICITY

CLAY TO THE SHEARING STRESS

SUMMARY

Keywords: Clay, shearing resistance, cohesion, angle of internal friction, shearbox test, triaxial compression test.

The parameters of shearing resistance of soils, while the projects with about geotechcinal engineering, has extremly consequence. Shearing stres of soil is defined the biggest shearing stres that withstand without yield resistance. Đn orderto define shering resistance in a soil, angle of shearinh resistance and cohesion values are find with laboratory and in-sute test.

Đn this study, the changing of shearing parameters with increasing sand quantity in high plasticity clay has been defined. Fine sand, coarse sand and medium are used in this study.

High plasticity clay, fine sand, medium sand and coarse sand is used for tests, 10%, 25%, 50%, 75% percent of proportion for the clay, the sand is mixed to the prepared samples and optimum moisture content with standart compaction tests are find.

Found optimum moisture content, the samples to be found with standart compaction test is compacted and the tese samples are ensured for the usu of triaxial compression test and shearbox tests and the tests are realized.

When finished all the tests until the 25% percent of fine sand puantity in high plasticty clay, ohesion ualues have increased in triaxial compression tests and sherbox tests. Đf sand quantity continues to increased, it shows that quantity of percentage of cohesion is quidty decreased. This similar result is seen when the experimen with when used medium and coarse sand. Angle of internal friction than one of shearing patameters, there is no commnet to look at the resultsof experiment for triaxial compression tests. Đf you look at the shearbox tests results 25% of fine sand das CH samples; angle of internal friction value decreases and if sand percentage keep continue to increases internal friction increased.

(30)

BÖLÜM 1. GĐRĐŞ

Bir zeminin kayma mukavemeti, onun dayanabileceği maksimum kayma gerilmesidir. Başka bir deyişle, kırılma sırasında, kayma yüzeyi boyunca etkiyen kayma gerilmesidir. Mukavemet aşıldığı zaman kayma yüzeyi boyunca kırılma olayı meydana gelir. Kayma mukavemetinin daima aşağıda verilen iki kısımdan müteşekkil olduğu kabul edilir.

Đçsel sürtünme veya daneler arasındaki kilitlenmeden doğan mukavemet,

Kohezyon veya daneleri beraberce tutmaya çalışan kuvvetlerden doğan mukavemet,

Genel olarak ifade edilirse, kum gibi kaba daneli zeminler, hemen hemen bütün kayma mukavemetlerini daneler arası sürtünmeden aldıkları halde, diğer zeminlerde mukavemet, yukarıda verilen iki kısmın bir kombinezonudur [1].

Zeminin kayma dayanımı geoteknik mühendisliğinin en önemli konusunu teşkil eder.

Sığ veya derin temellerin taşıma kapasitesi, şev stabilitesi, istinat duvarı dizaynı ve dolaylı veya kaplamayı oluşturan zeminin kayma dayanımından etkilenmektedir.

Yapı ve şevler maksimum yükleme şartlarında yüklendiği zaman duraylı ve göçmeye karşı sağlam kalabilmelidir. Bundan dolayı, bu yapıların dizaynında analizin sınır denge metotları uygun şekilde kullanılır ve bu metotlar zeminin nihai veya sınır kayma mukavemetinin tanınmasını gerektirir [2].

Zemin kitlesi üzerine yapılan bir yükleme sonucunda dengenin korunması ve kırılma olayı meydana gelmemesi istenir. Öte yandan; yapılan yüklemeler sonucunda meydana gelecek deformasyonların da belli sınırları aşmaması gerekmektedir. O halde; zemin kütlesi üzerine yapılacak yüklemelerde iki koşulun aynı anda sağlanması gerekmektedir. Bunlar kısaca denge (stabilite) ve yer değiştirme (deformasyon) koşulları olarak adlandırılabilir. Zemin kitlesinin denge koşulunda

(31)

kırılma anındaki gerilme durumuyla ilgilenilirken, yer değiştirme koşulunda kırılma oluşmadan önceki gerilme durumu ile ilgilenilir. Her iki koşulun incelenmesinde de zemine ait kayma direncinin, bunun için de kayma direnci parametrelerinin bilinmesi gerekmektedir.

Zeminin kayma direncini oluşturan bileşenler;

1- Zeminin danelerinin oluşturduğu yapının kaymaya karşı gösterdiği direnç, 2- Danelerin temas yüzeyindeki oluşan sürtünme kuvvetleri,

3- Daneler arasında görünür kohezyon kuvvetleri

olarak sıralanabilir. Zemin kitlesi içinde kayma veya göçmeye sebep olan normal ve kayma gerilmelerinin ortak etkisi göz önüne alan birçok hipotez geliştirilmiştir.

Zemin kitlesinin kayma direnci parametreleri aynı zemine ait drenaj ve konsolidasyon koşularına bağlı olarak değişik değerler almaktadır.

Gerçek kohezyon; bir zeminde efektif gerilmelerin sıfır olduğu durumdaki kayma direnci olarak tanımlanabilir. Fizikçiler gerçek kohezyonu aynı cinsten cisimlerin birbirinden ayrılmak için uyguladıkları kuvvet olarak tanımlamaktadır. Kum ve çakıl gibi zeminlerde gerçek kohezyon değeri 3 kPa dan daha küçük olmakta ve genellikle ihmal edilmektedir. Kil zeminlerde bu değer oldukça yüksektir.

Görünür kohezyon; Mohr-Coulomb kırılma zarfının kayma gerilmesi eksenini kestiği noktadaki kayma direnci görünür olarak adlandırılmaktadır. Görünür kohezyon zemin daneleri çevresinde bulunan su filmi aracılığı ile danelere uygulan yüzey gerilmesinden doğan kılcal gerilmedir [3].

Bir zemin kütlesi içinde kayma gerilmesi belirli bir kritik değeri geçerse zemin kırılır. Yükleme ve zemin durumuna göre kırılma heyelan, istinat duvarının yıkılmasına veya bir sömelin zemine göçmesine sebep olur. Böyle kazaların önlenmesi önemli olduğu için zeminlerin kayma direnci tayin eden değişken üzerinde bir yüzyıldan fazla bir süredir dikkatle durulmuştur [4]. Araştırmaların önemli bölümünün kayma mukavemeti alanında yapılmasına karşın bugün de

(32)

tümüyle anlaşılmayan yanları vardır. Kayma direncinin ilk incelenmesi Coulomb tarafından yapılmış ve zeminin kayma direncinin tek parametre ile temsil edilmesi ilkesi getirilmiştir. Daha sonra bir matematikçi olan Mohr, Coulomb’un yaklaşımından çok farklı bir formülasyon getirmiştir. Her iki teorinin göz önüne almadığı efektif gerilme ilkesi Terzaghi tarafından geliştirilince konu esasta bu üç araştırmacının çalışmalarının bileşimi olarak geoteknikte uygulama bulmuştur.

Yukarıda anılan yanılgı bu tarihsel gelişimin bir sonucu olarak kabul edilebilir.

Benzer şekilde, problemlerin iki boyutlu olduğunun kabulü ve lineer olmayan σ _-ε eğrisinin elasto-plastik nitelikte olduğu varsayımı hataları arttırmaktadır. Kayma direnci ölçümünün o günün teknolojisine bağlı olarak bazı laboratuvar deneyleri ile yapılması da gerçekçi olmayan parametrelere bağlı sonuçlar getirmiştir [5].

1.1. Yapılan Çalışmalar

Kum ve kil karışımlarının kayma dayanımı ve sıkışabilme özellikleri üzerine yapılan çalışmada, hiç silt ve kil içermeyen kumdan, kum yüzdesi sıfır olan silt-kil karışımlarına kadar geniş dane dağılımı ele alınmıştır. Karışımlarda ince malzeme oranı baz alınmış, karışımlardaki oranların değişiminin kayma dayanımına ve sıkışma ile oturma özelliklerini etkisi araştırılmıştır. Đnce malzeme oranı %5, %15,

%35, %50, %75 ve %100 olan 6 karışım üzerinde yapılan drenajlı direk kesme deneyleri sonuçlarına göre, %50’lere kadar kayma dayanımı açıları genel olarak 30- 38 dereceler arasında oynamakta ve yüzdenin artmasıyla beraber ufak bir düşme göstermektedir. %50’den sonra ise açılardaki azalma çok belirginleşerek, 10 derece düzeyine kadar düşebilmektedir. %35, %50, %75, %100 oranında ince malzeme içeren zeminlerde yapılan drenajsız üç eksenli basınç deneylerinin sonuçlarına göre ise kayma dayanımı açıları yakın değerler verip ince malzeme oranından bağımsız bir davranış göstermektedir [6].

1.2. Çalışmanın Amacı

Zeminlerde kayma direnci parametreleri olan c ve ø; zeminin cinsi, fiziksel özellikleri, zeminin üzerine yapılacak olan yapının inşa şekline göre arazi ya da laboratuar deneyleri ile tesbit edilir. Laboratuvar ortamında yapılan deneylerden

(33)

kesme kutusu ve üç eksenli basınç deneyleri en yaygın olarak kullanılanlardır. Üç eksenli basınç deneyleri boyu çapının iki katı olan silindirik numuneler üzerinde yapılır. Kesme kutusu deneyi ise kare ya da daire kesitli numunelere uygulanır.

Zemin üzerine yapılacak olan üst yapıların dizaynında önemli bir yeri olan kayma direncini bulmak için, kayma direnci parametrelerinin laboratuvarda tesbiti esnasında etken olan faktörler dikkatle incelenmelidir. Bu araştırmanın konusu olarak, yüksek plastisiteli bir kilde kum miktarının kayma mukavemetine etkisi seçilmiştir. Yüksek plastisiteli kile, %10, %25, %50, %75 oranlarında ince, orta, kaba kum katılarak üç eksenli basınç deneyinde c ve ø değerlerine olan etkisi yanında, aynı numunenin kesme kutusunda nasıl bir davranış sergilediği de incelenmiştir.

Yapılan araştırma, Sakarya Đli, Serdivan Đlçesi, Bahçelievler Mahallesi, Tunatan Tesisleri yakınından örselenmiş zemin numuneleri alınmıştır. Alınan bu numuneler Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Đnşaat Mühendisliği Laboratuvarına getirilmiş ve tüm çalışmalar burada yürütülmüştür. Bu çalışmada, yüksek plastisiteli killi zeminin kayma direncine kum miktarının etkisi araştırıldığından zemin numunesinin önce fiziksel özellikleri tesbit edilmiş, daha sonra 200 nolu elekten elenerek kumdan arındırılmıştır. Her katılan kum oranıyla birlikte standart kompaksiyon deneyiyle optimum su muhtevaları bulunmuştur.

200 nolu elek altına geçen kil+siltten oluşan ince daneli zemin içerisine değişik oranlarda ve farklı dane boyutlarında kum katılarak elde edilen karışım optimum su muhtevasında sıkıştırılmıştır. Optimum su muhtevasında sıkıştırılan zemin karışımından üç eksenli basınç ve kesme kutusu deneyleri için numuneler hazırlanmıştır. Bu numuneler üzerinde yapılan üç eksenli basınç ve kesme kutusu deneylerinde kum miktarının ve kum boyutunun kayma direnci parametrelerine (c, Ø) olan etkisi incelenmiştir.

(34)

BÖLÜM 2. KĐL

2.1. Kilin Tanımı ve Yapısı

Kil minerali son derece ince plakalar halinde kristalli yapılar olup kayaların fiziksel ve kimyasal yolla parçalanması, aşınması ve bozulması sonucu oluşmuştur [7]. Kil minerali su ile karıştığında çamur oluşturur ve hamur halinde şekil verebilecek kadar plastisiteye sahipken, pişirildiğinde büyük dayanım artışları gösteren bir katıya dönüşür. Isıtıldığında genellikle hacim artışı gösterir; kurutulduğunda ise hacim azalır ve çoğunlukla çatlar. Killer birçok durumda geoteknik mühendisinin yararına özelliklerden dolayı aranır. Dolgu barajlarda ve atık depolarında geçirimsizliğin sağlanması, göletlerin su tutması için ve kazıldığında kendini tutamayan zeminlere bulamaç halinde etkin destek sağlamak amacıyla kullanılır [5]. Son derece küçük olan (dane boyutu 2 mikron veya daha küçüktür) olan kil mineralleri X ışınları, ısıl analiz bazen de elektronik misroskoplarla tayin edilebilmektedir. Kil mineralleri kimyasal olarak alumina –silikat hidrateler diğer mekanik iyonlar (magnezyum, demir, potasyum vb.) ile oluşmuştur. Kil mineralleri genel olarak;

1- Đllit,

2- Montmorillenit 3- Kaolenit 4- Alofenler

şeklinde görülür.

Montmorillinit, illit ve kaolenit gibi kil mineralleri doğada genellikle saf halde tek başlarına bulunmazlar. Zaten zengin olarak bulunduklarında ticari değerleri çok yüksektir. Zira kağıt boya, ilaç, seramik vb. işlerde kullanılır. Çoğunlukla bu mineraller birbirleriyle ve diğer mineraller ile karışık halde belli oranlarda bulunur.

(35)

Ancak montmorillerit yönünden zengin killer suyla temas ettiklerinde aşırı olarak şişerler.

Kil mineralleri çok karmaşık bir yapı gösterdiklerinden dolayı bugüne kadar herkes tarafından kabul edilmiş bir sınıflandırma sistemi mevcut değildir. Çünkü kil minerallerinin sınıflandırılmasında

1- Tabakalanma (tabaka kalınlığı, tabakaların ara mesafesi, vb.)

2- Đyon içeriği (tabakalar arasındaki diğer minerallerin varlığı, cinsi, miktarı vb.) 3- Tabakaların dizilişi ve düzeni

olmak üzere farklı özellikler göz önüne alınabilmektedir. Fakat kil minerallerinin mühendislik özellikleri ( su tutma/emme kabiliyeti, sıkışabilirlik şişme/büzülme potansiyeli vb.) açısından tabakaların dizilişi ve diziliş düzenine göre sınıflandırmak genel bir kabul görmektedir. Çünkü kil minerallerinin tamamı iki, üç veya daha fazla tabakalı kristallerden ve her bir tabaka farklı minerallerden oluşur.

Kil mineralleri Al, Si, Fe, Mg, O minerallerinin değişik tabakalar halinde farklı düzenlerde görülür. Ayrıca bu tabakalar arasında zayıf veya kuvvetli bağlar oluşmakta ve tabakalar arasında su veya diğer iyonlar bulunmaktadır. Özellikle Al ve Si minerallerinin tabaka sayısı ve diziliş şekli tabakalar arası bağ kuvveti kil minerallerinin özelliklerini belirlemektedir .

Kil mineralojisinde silis tetrahedron ve alüminyum veya magnezyum oktahedron olarak adlandırılan iki ana yapı bloğu vardır. Silis tetrahedron; 1 silis iyonu ile 4 oksijen atomunun birleşmesinden oluşan 4 köşeli, 4 yüzlü kristal blokudur. Silis tetrahedronların birleşmesi ile oluşan tabakalar tetrahedral tabaka olarak adlandırılmaktadır. Şekil 2.1. de silis tetrahedron ve tetrahedral tabaka gösterilmektedir.

(36)

Şekil 2.1. (a) Silis Tetrahedron (b) Tetrahedral Tabaka

Aluminyum veya magnezyum oktahedron; 6 hidrosil iyonuna bağlı aluminyum veya magnezyum iyonlarından oluşan 6 köşeli 8 yüzlü kristal yapı bloğudur.

Oktahedronların birleşmesi ile oluşan tabakalar ise oktahedral tabaka olarak adlandırılır. Şekil 2.2. de alüminyum oktahedron ve oktahedral tabaka gösterilmektedir. Şişen zeminin içerdiği kil minerallerinin mineralojik yapısı zemin hacim değişime etki eden en önemli faktördür.

Şekil 2.2. (a) Alüminyum Oktahedran (b) Oktahedran Tabaka

Kaolinitin kristal yapısı 1 tetrahedral ve 1 oktahedral tabakadan oluşmaktadır.

Kaolinitin mineralojik yapısında tabakalar arasındaki kuvvetli hidrojen bağları suyun tabakalar arasına girip şişme oluşturmasını engellemektedir. Doğada sık olarak rastlanan kaolinit mineralinin suya eğilimi az olup su ile karşılaştıklarında büyük oranda hacim değişimine sahip olmazlar. Bu minerallerin şişme ve plastik özellikleri düşüktür. Şekil 2.3. de kaolinit mineral grubunun mineralojik yapısı gösterilmektedir.

(37)

Şekil 2.3. Kaolinit Mineral Grubunun Mineralojik Yapısı

Đllit mineralinin mineralojik yapısı 1 oktahedral tabakanın 2 tetrahedral tabakasının arasına sıkışmasından oluşmaktadır. Tabakalar arasına giren potasyum iyonları bağın bir miktar kuvvet kazanmasına neden olup su moleküllerinin tabakalar arasına girmesine engel olmaktadır. Şekil 2.4. de illit mineral grubunun mineralojik yapısı gösterilmektedir.

Şekil 2.4. Đllit Mineral Grubunun Mineralojik Yapısı

Montmorillonit’in mineralojik yapısı 1 oktahedral tabakanın 2 tetrahedral tabaka arasına sıkışmasından oluşmaktadır. Tabakalar arasındaki bağ çok zayıf olduğundan suyun tabakalar arasına girmesi tabakaların birbirinden ayrılmasına dolayısıyla da zeminin hacim değişimine neden olmaktadır. Doğada yaprak plaka şeklinde bulunan montmorillonit minerallerinin plastisite ve hacim değiştirme özellikleri yüksek olup suya olan eğilimleri diğer kil minerallerine oranla çok yüksektir. Tetrahedral veya

(38)

oktahedral tabakalardaki katiyonların yerinin başka bir katiyon tarafından alınması olarak tanımlanan izomorf yer değiştirme kil minerallerin davranışlarını önemli ölçüde değiştirmektedir. Şişen zeminlerin içerdiği kil mineralleri izomorf yer değiştirme nedeniyle mineral yüzeylerinde net negatif yük taşımaktadır. Bu durumdaki mineral tabakaları su ve katiyonlara karşı istekli olmaktadır. Şişen killerin hacim değişimi, kil mineralinin yapısına, miktarına ve kil tanelerinin dizilişine bağlıdır. Şekil 2.5. de montmorillonit grubunun mineralojik yapısı gösterilmektedir.

Şekil 2.5. Montmorillonit Mineral Grubunun Mineralojik Yapısı [10]

Kil kolloidleri 0,002 mm’den 10A (1A = 10^-7 mm)’e kadar değişik boyutta görülebilir. Bu kil partikülleri silikatlar, oksitler, karbonatlar ve sülfatlar gibi minerallerin bileşimidir. Kil partiküllerinin yüzeyleri sahip olduğu mineralin cinsine bağlı olarak negatif elektrik yüküne sahiptir (Şekil 2.6.). Su molekülleri kutupsuz olduğundan dolayı kil partiküllerinin çekimi altındadır. Bu nedenle kil partikülleri hem suya duyarlı olup hem de kolayca su kaybettiklerinden ötürü su tutma özelliğine sahiptir [7].

(39)

Şekil 2.6. Kil Su Đlişkisinin Kimyasal Şeması [8]

Tabiatta zemin daneleri net elektriksel yüklerini dengelemek için ortamdan iyonları yanlarına çekerler fakat iyonların dane ile bağıntıları göreli olarak zayıf olacağı için bu iyonlar başka iyonlarla yer değiştirebilir bu yüzden bunlara “değişebilir iyonlar”

adı verilir. Kil daneceği de su içine atılınca hem mineral yüzeyleri hem de değişebilir iyonları su alacak ve hidrasyona uğrayacaktır. Bu hidrasyona uğramış değişebilir iyonlar, etraflarında su tabakaları ile birlikte mineral yüzeyinden uzaklaşarak dengede olacakları bir noktaya gelirler ve zemin danesi etrafında bir bağlı su tabakası oluşmasına yol açarlar. Bağlı tabaka kalınlığı dane elektriksel yükünün dengelendiği mesafeyi göstermektedir.

Su içinde iki zemin danesi birbirine yaklaştırıldığında belirli bir noktadan sonra bu daneler birbirine itme kuvveti uygularlar ve bu itme kuvvetleri bağlı tabakaların birbirine değme noktasında başlar, çünkü her dane net negatif elektrik yükle yüklüdür. Su-zemin ortamının özelliklerinde herhangi bir değişiklik bağlı tabaka kalınlığı, itme kuvvetlerinin şiddeti ve dolayısıyla dane ara mesafelerini belirler. Đtici kuvvetlerden başka daneler arasında çekici kuvvetler de vardır. Đtici ve çekici kuvvetlerin net etkisi çekici kuvvetlerden yana oluşuyorsa, daneler bir çatı ve bu yapısal dizilişe flok (yumak) yapı adı verilir (Şekil 2.7a.). Eğer net kuvvetler itici kuvvetler ise daneler dispers (dağılmış) yapı verilen düz ve paralel bir yapısal dizilişte olurlar (Şekil 2.7b.).

(40)

Şekil 2.7. Kilin Yapısı (a) Flok Yapı (b) Dispers Yapı [9]

Kil partikülleri arasında sudan bağımsız olarak çekim kuvvetleri (Van der Wall kuvvetleri) mevcuttur. Aynı zamanda negatif yüklü kil daneleri pozitif yüklü suyu çekerek danelerin etrafında absorbe su tabakası oluşturur. Bu absorbe su normal sudan çok daha viskos olup kalınlığına bağlı olarak zemin partiküllerini birbirinden itmeye çalıştığı gibi zeminin plastik özelliklerini de belirler. Kil partiküllerini arasındaki mesafe ne kadar az ise partiküller arasındaki çekim kuvveti itme kuvvetinden o kadar daha fazladır. Eğer suya tuz katılacak olursa itme kuvvetleri son derece azalır [7].

2.2. Kil Mineralinin Özellikleri

Kil mineralleri, çok karmaşık bir yapı gösterdiklerinden dolayı günümüze kadar herkes tarafından kabul edilmiş bir sınıflandırma sistemi mevcut değildir. Çünkü kil mineralinin sınıflandırılmasında; tabakalanma (tabaka kalınlığı, tabakaların ara mesafesi, vb.), iyon içeriği (tabakalar arasındaki diğer organik veya inorganik minerallerin varlığı, cinsi, miktarıi vb.) tabakaların dizilişi ve düzeni olmak üzere farklı özellikler göz önüne alınabilmektadir. Fakat kil mineralinin mühendislik özellikleri (su tutma/emme kabiliyeti, sıkışabilirlik, şişme-büzülme potansiyeli vb.) açısından tabakaların dizilişi ve diziliş düzeni yönünden sınıflandırmaya tabi tutmak genel kabul göstermektedir. Kil mineralleri içeren zeminlerin en belirgin özellikleri dane çaplarının çok küçük olması ve su ile temas halinde olduklarında çamur haline gelmesidir. Killi zeminlerin suya olan eğilimleri içermiş oldukları kil mineralinin miktarı ve türüne bağlıdır. Büyük oranda kaolinit mineralleri içeren killi zeminlerin

(41)

suya eğilimleri az olup bu zeminler su ile karşılaştıklarında stabilitelerini kaybetmezler. Fakat içeriğinde büyük oranda montmorillonit minerali içeren killi zeminlerin suya karşı çok hassas olup su ile karşılaştıklarında büyük oranda hacim değişimlerine maruz kalırlar. Kil minerallerinin özgül yüzeyi, kil minerallerinin tane büyüklükleri ile ters orantılıdır. Kil içeren zeminlerin hacim değiştirme özelliği minerallerin özgül yüzeylerinin büyüklüğü ile orantılıdır. Kil zeminlerin içerdiği oktahedral tabakadaki bazı magnezyum iyonları veya tetrahedral tabakadaki bazı silis iyonlarının aluminyum katiyonları ile izomorf yer değiştirmesi durumunda mineral yüzeylerinde net elektrik yük oluşmaktadır. Oktahedral tabakadaki hidroksil iyonlarının kil yüzeylerinden ayrılması ise elektrik yük dengesizliğine neden olmaktadır. Bu durumdaki kil mineralleri bu dengesizliği giderebilmesi için su ve katiyonlara istek duymaktadır. Kil tanelerinin negatif yüklenmesi durumunda oluşan yük dengesizliğini giderebilmek için gerekli katiyon miktarı ise katiyon değiştirme kapasitesi olarak tanımlanmaktadır. Kıvam limitleri yüksek olan kil minerallerinin katiyon değiştirme kapasiteleri de yüksek olmaktadır. Katiyon değiştirme kapasitesinin belirlenmesi bakımından çok önemlidir. Kil minerallerinin üzerindeki negatif elektron şarjları, tabakalar arası bağ kuvvetlerini ve katyon değiştirme kapasitesini dolayısıyla kilin şişme potansiyelini arttırmaktadır. Kaolinit, kil mineralleri arasında en düşük şişme kapasitesine sahip kil mineralidir. Đllit minerali

%15 şişme yüzdesine sahip olup monmorillonit mineralinin şişme yüzdesi ise %60- 100 arasındadır. Zemin mühendisliği bakımından önemli olan kil mineralinin özellikleri Tablo 2.1. de verilmektedir.

Tablo 2.1. Kil Minerallerinin Özellikleri

Özellik Kaolinit Đllit Montmorillonit

Büyüklük (mm) 100-5000 100-2000 10-1000

Kalınlık (mm) 50-2000 30 3

Özgül yüzey (m²/g) 5-20 100-200 700-800

Kohezyon Düşük Orta Yüksek

Hacim değiştirme özelliği Düşük Orta Yüksek Katiyon değiştirme kapasitesi

(cmol/kg)

3-10 15-40 80-120